Аннотация: Статья посвящена разработке и исследованию оригинальной системы возбуждения синхронных генераторов (СГ), работающих в составе автономных дизельных и бензиновых генераторных установок (ДГУ и БГУ) малой мощности. Проведен обзор и анализ существующих статических систем возбуждения, в ходе которого поставлены требования к силовой части и системе автоматического регулирования возбуждения (АРВ) проектируемого устройства. Наиболее рациональным и обоснованным при этом оказалось применение не стандартного тиристорного возбудителя, а транзисторного регулятора напряжения (ТРН), получающего питание от нерегулируемого диодного выпрямителя. Для управления ТРН и регулирования напряжения статора предложено использовать аналоговый ШИМ-контроллер с внутренним операционным усилителем. В статье подробно описан принцип построения данной системы возбуждения, приведены функциональные и структурные схемы, поясняющие особенности её работы. Разработана принципиальная электрическая схема возбудителя, в которой ТРН выполнен на мощных MOSFET-транзисторах, включенных по двухтактной схеме, а создание ШИМ и регулирование напряжения статора возложено на специализированный ШИМ-контроллер типа TL494. Изготовлен экспериментальный образец устройства, предназначенный для питания обмотки возбуждения и регулирования напряжения статора СГ с номинальным током возбуждения до 50 А. Проведены лабораторные и производственные испытания разработанной системы возбуждения СГ, которые подтвердили высокую эффективность принятого технического решения – максимальная просадка напряжения статора при номинальном токе нагрузки генератора не превышает 5 %, а динамические характеристики системы близки к оптимальным. Предложены направления для дальнейших исследований и разработок в области маломощных систем возбуждения СГ с ТРН.

Аннотация: Разработка объектно-ориентированных цифровых двойников (ЦД) актуальна для виртуального ввода в эксплуатацию и наладки электромеханических и гидравлических систем прокатных станов. Важной задачей, решаемой с применением ЦД, является настройка систем управления. Дано сравнение структур передачи информации в цифровых моделях, цифровых тенях и ЦД. Рассмотрены варианты размещения виртуальной модели объекта и алгоритма системы управления на персональном компьютере (ПК) либо в ресурсе программируемого логического контроллера (ПЛК). Подчеркнута актуальность оценки запаздываний сигналов при размещении программы управления в ПЛК, а модели объекта – в ПК, отмечена недостаточная изученность данного вопроса. Показано, что дополнительное запаздывание вносит различие интерфейсов ПЛК и ПК. Это приводит к искажению информационного обмена между объектом и системой управления и нарушению процесса двойникования. Выполнено исследование ЦД условного дискретного объекта с пропорциональным регулятором. Виртуальная модель реализована в среде Matlab Simulink Desktop Real Time в ПК, система управления – на языке программирования ПЛК. Путем сопоставления осциллограмм, полученных при различных коэффициентах усиления регулятора, доказано, что задержка в передаче сигнала приводит к его искажениям и усилению колебательных свойств системы. Предложен способ определения задержек, возникающих при обмене информацией в структуре цифрового двойника, включающий передачу тестового сигнала через интерфейс UDP в программу виртуальной модели на ПК и «возвращение» в ПЛК, фиксацию обоих сигналов на выходе ПЛК и вычисление временной задержки. Рассмотрено определение задержки путем оценки временного сдвига пилообразного сигнала, поступающего на вход ПЛК, и его отклика после «возвращения» из ПК. С целью моделирования запаздываний при разработке алгоритма управления предложено включение в структуру системы дополнительных дискретных звеньев. Дана оценка влияния на запаздывание сигналов дискретного характера программы ПЛК. Доказано, что запаздывания, обусловленные этой причиной, незначительны и могут не учитываться. Полученные результаты и способ определения задержек рекомендуются для использования при создании объектно-ориентированных цифровых двойников мехатронных комплексов прокатных станов.

Аннотация: В статье выполнен анализ известных методик выбора основного электрооборудования для автономных транспортных средств. Показано, что известные методики обладают определенными недостатками: обоснование мощности электродвигателя автономного транспортного средства базируется на известной мощности двигателя внутреннего сгорания для аналогичного транспортного средства, что является не вполне корректным. Показано, что выбор мощности электродвигателя должен быть основан на известных методиках, разработанных в теории электропривода. Анализ опубликованных методик проектирования электрооборудования автономных транспортных средств показывает, что они ориентированы на проектирование легковых автомобилей. Проанализированы технические характеристики электрооборудования транспортных средств от производителей Mazda, Peugeot, SsangYong, Toyota, Mercedes. На основе известного тестового цикла движения легковых автомобилей выполнен расчет мощности электродвигателя и средней энергии аккумуляторной батареи аналитическим методом и методом моделирования в программном продукте MATLAB Simulink при заданных средних скоростях движения и заданном пробеге. Получены уравнения для предварительной оценки мощности тягового электродвигателя и энергоемкости аккумуляторной батареи для автономного наземного легкового транспортного средства в функции скорости движения. Показано, что известные методики не учитывают влияние таких параметров, как скорость ветра, качество дорожного покрытия, масса перевозимого полезного груза, угол подъема дорожного полотна, а также изменение КПД электродвигателя от коэффициента загрузки. Исследована чувствительность перечисленных параметров на приращение мощности, преодолеваемой электродвигателем. Предложена усовершенствованная методика выбора основного электрооборудования для автономного транспортного средства с учетом дополнительных факторов, влияющих на мощность тягового электродвигателя и энергоемкость аккумуляторной батареи. Полученные результаты могут быть рекомендованы для выбора основного электрооборудования автономного электрического наземного легкового транспортного средства.

Аннотация: Рассмотрены вопросы оценки эффективности использования автоматизированных адаптивных комплексов энергосбережения на промышленных предприятиях. Показана сложность решения этого вопроса для адекватной оценки эффективности устройств энергосбережения различного типа. Является неправильным сравнивать показания счетчиков при включенном и выключенном состояниях устройств энергосбережения из-за быстро меняющейся нагрузки. Кроме того, целесообразно, чтобы процесс оценки эффективности использования таких устройств был автоматизирован. В данной работе представлен алгоритм проведения испытаний на эффективность путем выбора участков одинаковых нагрузок, ориентируясь на значения токов при включенном и выключенном устройстве энергосбережения. При включении или выключении устройства энергосбережения происходит изменение тока в сети из-за компенсации реактивной мощности. Поскольку при включении устройства выход на режим происходит постепенно (поэтому нагрузка может измениться существенно), рекомендуется фиксировать изменение тока при отключении устройства, при этом мало вероятно, что нагрузка изменится существенно. Далее сравниваются значения потребляемых мощностей, но при включенном устройстве ток должен быть на определенное до этого значение ниже. Для оценки эффективности использования устройств энергосбережения на удаленных предприятиях без физического подключения устройств энергосбережения предложены формулы, позволяющие оценить их эффективность. В результате в данной статье: предложена методика оценки эффективности использования энергосберегающих устройств на предприятиях на этапе предварительных испытаний с использованием анализаторов параметров качества энергосети; разработан алгоритм автоматизированной оценки текущей эффективности использования энергосберегающих устройств в процессе их постоянной работы с передачей информации на терминальные устройства предприятий; разработаны соотношения для оценки эффективности использования энергосберегающих устройств по данным о параметрах сети, полученным от предприятий; предложен алгоритм автоматизированной оценки эффективности применения энергосберегающих устройств на основе использования разработанных соотношений с передачей информации на терминальные устройства предприятий.

Аннотация: С целью исключения ложных срабатываний устройства защиты от дугового пробоя (УЗДП) проведен поиск новых и рассмотрены комбинации уже существующих методов обработки входящих на микроконтроллер данных, которые могут значительно отличаться от вида подключаемой в сеть нагрузки. В результате исследований разработан новый метод идентификации последовательных дуговых замыканий в электрической сети жилых зданий на основе дискретного вейвлет-преобразования (DWT). Метод включает в себя дискретно-временной анализ на основе моделирования в математическом пакете Matlab экспериментальных кривых тока с дуговыми пробоями, а также извлечение признаков дугового пробоя с использованием метода обработки сигнала, называемого вейвлетами семейства Daubechies db4. Верификация и сравнительный анализ модели обнаружения последовательного дугового пробоя рассмотрен на примере двух типовых нагрузок бытовой электрической сети: обогреватель мощностью 2,2 кВт и пылесос с симисторным регулятором мощности. Установлено, что дуговые пробои имеют уникальные особенности в своих кривых тока, а именно уровни нормализованных в относительных единицах коэффициентов детализации cd DWT во временной области на частоте дискретизации 10 кГц показывают значения: 1 уровень – от 0,2 до 0,5 и выше, 2 уровень – от 0,05 до 0,2 и выше. Установлено, что уровни нормализованных в относительных единицах коэффициентов детализации DWT во временной области на частоте дискретизации 10 кГц при нормальной работе в каждом масштабе относительно малы: 1 уровень < 0,1 и 2 уровень< 0,04. Это позволит характеризовать интенсивность искрения матрицей SAF, строки которой соответствуют уровню нормализованного cd1, а столбцы – номеру полупериода 1...10.

Аннотация: В работе выполнен анализ качества регулирования координат (тока, момента, скорости) в мощных тиристорных электроприводах постоянного тока (мощностью более 2000 кВт), выполненных с использованием эквивалентных 12-пульсных тиристорных преобразователей при параллельном включении вентильных секций через токоограничивающие дроссели и трехобмоточного силового трансформатора. Рассматриваемый тип электропривода широко используется в металлургической и горной промышленности для главных приводов клетей станов горячей и холодной прокатки, трубных станов и шахтных подъемников. Рассмотрены варианты с индивидуальными регуляторами тока для каждой вентильной секции и регулятором общего тока вентильных секций. Для анализа вариантов в статье приведены расчетные схемы систем автоматического управления тиристорными электроприводами с одним и двумя регуляторами тока. На основе расчетных схем разработаны структурные схемы систем автоматического регулирования скорости (САР), даны математическое описание и модели, необходимые для проведения экспериментов. В отличие от традиционной двухконтурной САР скорости для рассматриваемых схем характерны перекрестные связи, обусловленные взаимовлиянием вентильных секций. Перекрестные связи могут существенно влиять на качество регулирования тока и скорости электроприводов. В варианте с индивидуальными регуляторами тока взаимное влияние вентильных секций (перекрестных связей) обуславливает снижение качества регулирования тока и скорости. Моделирование в среде MATLAB/Simulink показало, что в этом варианте быстродействие в токе снижается в 2-3 раза по сравнению с традиционной САР. Такое снижение быстродействия контуров регулирования тока приводит к снижению в 1,5-2 раза быстродействия САР скорости. В варианте с общим регулятором тока исключается взаимное влияние вентильных секций (влияние перекрестных связей). Вследствие чего возможно достижение предельного быстродействия, характерного для традиционной САР скорости.

Аннотация: Современное развитие компонентной базы позволяет реализовывать на практике и использовать в прецизионных устройствах сравнительно новые типы электрических машин, ротор которых имеет относительно статора не одну, а три степени свободы. Такие машины, как и классические, могут быть различных типов (синхронные, асинхронные, вентильные), иметь различные конструктивные особенности, ключевым образом влияющие на их функционирование. Процесс вывода математических моделей трехстепенных электрических машин, как правило, основан на уравнении Лагранжа второго рода, одинаково применимым как к электродинамическим, так и к механическим явлениям, что позволяет систематизировать вывод уравнений. При этом сам процесс вывода уравнений остается достаточно трудоемким, что обусловлено большим количеством обобщенных координат (и скоростей), характеризующих функционирование такой машины. При этом сами математические модели достаточно сложны, так как движение ротора по любой из трех осей оказывает существенное влияние на его движение по остальным двум осям. В настоящее время получены математические модели основных типов трехстепенных электрических машин, а также (по аналогии с классическими электрическими машинами) введено понятие и получены уравнения движения обобщенной трехстепенной электрической машины с взаимно подвижными обмотками статора и ротора. Поэтому с точки зрения развития теории электромеханики представляет интерес получение на основе математической модели обобщенной трехстепенной электрической машины математических моделей для некоторых типов таких машин. Кроме того, это позволяет без больших трудозатрат получать математическое описание для любых типов трехстепенных электрических машин с учетом их конструктивных особенностей и режимов функционирования.

Аннотация: Открытие явления высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) создало возможность внедрения электротехнических устройств, обладающих уникальными характеристиками. ВТСП-провод второго поколения на основе иттриевой керамики имеет слоистую структуру, в котором сверхпроводящий слой занимает малую долю. В нагрузочном режиме ВТСП-провод обладает нулевым сопротивлением, а при возникновении сверхтоков сверхпроводящий слой переходит в нормальное состояние, в котором обладает большим сопротивлением. Ток, протекающий по проводу, вытесняется в несверхпроводящие слои (в основном медный слой), которые, в свою очередь, могут значительно ограничивать ток по причине относительно малого поперечного сечения. На основе этого созданы высокотемпературные сверхпроводящие токоограничивающие устройства (ТОУ) резистивного типа. В России и мире активно ведутся разработки ВТСП ТОУ, один из крупнейших проектов реализован в г. Москве. Представляет интерес изучение вопроса влияния ВТСП ТОУ на устойчивость электропередачи при установке ТОУ вблизи генератора. В статье рассматривается влияние ВТСП ТОУ на устойчивость на примере простейшей электропередачи генератор – шины бесконечной мощности при установке ТОУ в характерных точках электропередачи. Предложен критерий предпочтительной величины активного сопротивления из условия минимального отклонения угла ротора в начальный момент короткого замыкания. Выполнено имитационное моделирование в программно-вычислительном комплексе Matlab/Simulink. Показано положительное влияние ВТСП ТОУ на устойчивость электропередачи при возникновении коротких замыканий. Отмечена необходимость решения оптимизационных задач для подбора оптимального активного сопротивления ВТСП ТОУ, определен вектор дальнейших исследований по рассматриваемой тематике.